不断增长的工厂经验空气压缩机控制差距问题

一家工厂扩大了生产设施，以响应工厂引进的一条新生产线。该工厂将作为一个独立的实体运行，拥有自己的公用事业服务。因为这家公司对他们的能源消耗非常谨慎，他们指定了顶级的压缩空气生产设备，以保持他们的成本低，同时保持他们的产品所要求的非常干净的空气质量。这台设备本来应该运转得很好。不幸的是，事件发生了，做出了糟糕的决策，导致系统失去控制，导致了出乎意料的低效压缩机运行和高于预期的能源消耗。

初始设计

与许多系统一样，该装置是从零开始设计的，除了用于确定压缩空气设备尺寸的生产机器规范外，什么也没有。根据工程设计计算，确定现场需要两台75马力的压缩机。所选择的空气干燥器要求为干燥剂型，以在环境温度保持在40ºF附近的电厂冷却区域保持足够的露点。

为了确保卓越的效率，工厂选择了两个75马力的变速驱动器(VSD)压缩机，露点控制的无热干燥剂干燥器，超大的除雾式过滤，大存储容量的接收器，和一个压力/流量控制器，以保持恒定的较低的工厂调节压力。选择了两台VSD压缩机，这样压缩机的工作时间就可以通过交替操作来平衡，每次运行一台压缩机，而其余的机组则保持待机状态。

安装了一个空压机控制器来协调压缩机的转换，同时保持压缩机排气压力低和节省电力。这个尺寸对于原计划在工厂运行的生产设备来说是足够的，但是计划改变了。当最后的建设完成时，安装了额外的工厂生产设备，超过了一个压缩机的容量，所以两个机组必须在高峰时期运行。事实上，负载从计划的水平增长了很多，峰值流量已经接近两个压缩机的全部容量。这让工厂经理很担心，因为如果一台压缩机坏了，就没有任何备用容量来维持他白天的生产水平。

可怜的大小决定

有关的工厂经理不得不购买更多的空气压缩机和干燥能力，以保护自己的生产关闭，如果一个压缩机发生故障。由于两台75马力的压缩机处于无法供应工厂高峰的边缘，他决定需要一台大于75马力的新压缩机。后来他选择了更大尺寸的压缩机，但由于项目预算紧张，而且VSD压缩机的价格也贵得多，所以他选择了固定速度的压缩机。

在选择这个尺寸时，工厂经理无意中打破了一个尺寸规则，当混合VSD压缩机与固定速度的品种。VSD压缩机的变容量必须等于或大于定速基础压缩机的变容量，否则会产生控制间隙问题。当设备流量落在尺寸过小的VSD压缩机和尺寸过大的基础压缩机之间时，就会出现控制间隙。在这种情况下，当压缩空气流量相当于VSD压缩机的75马力和基础单位的100马力之间时，就会出现问题。我们将了解到，这并不是唯一的问题。

因此，系统的初始状态使所有三台压缩机在生产期间正常运行，VSD压缩机以低平均容量运行，这是其最低效点，定速压缩机加载和卸载是其最低效的运行模式（图1）。由于所有三台压缩机均正常运行，所有三台无热干燥剂干燥器也处于活动状态，消耗的净化流量超过了实际压缩空气需求所需的净化流量。

图1:数据记录显示基础压缩机的加载和卸载不理想。

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复杂的控制器系统不足

作为初始安装的一部分，安装了一个复杂的压缩机控制器，能够控制多个VSD和基础压缩机。由于两个75 hp VSD的总容量大于一个100 hp压缩机，因此如果VSD压缩机得到正确控制，可以防止控制间隙问题。这一控制装置投入使用，很明显，系统的运行情况更糟。由于控制限制而无法调整的控制响应时间不够快，无法阻止所有压缩机快速循环。控制给控制回路带来了固有的延迟，导致VSD对压力变化的响应非常缓慢。

与中央控制器的典型情况一样，要控制的压力是在空气干燥器和过滤器的下游感应的，而不是在压缩机出口处。这通常会产生稳定的气压，不会因净化设备中的流动受到限制而产生压力下降。但在该装置中，每个压缩机都有一个大型除雾器过滤器和一个无热干燥剂空气干燥器，这意味着巨大的存储容量。

每个空气干燥器都有一个止回阀，当压缩机关闭时，防止空气从系统流回压缩机排气口。当相关的压缩机关闭时，除雾器和空气干燥器中的压力会由于干燥器的清洗而排出。然后，当控制器感觉到低压时，压缩机被调用启动，压缩机将过滤器和干燥器的容积填满到系统压力有长达60秒的延迟。当这个容量填满时，压缩机排序器会调用另一个压缩机来启动，导致运行容量过大。这一额外的容量导致压力以非常快的速度上升——快到控制器无法处理——系统会超调，导致控制器内部的算法卸载基础压缩机。一旦发生这种情况，系统将失去控制，在基础压缩机加载和卸载的同时，vds将加速到全速或减速到最低速度(图2)。

图2：激活压缩机顺序控制器使系统失去控制，使情况变得更糟。

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为了消除由于空的除雾器和干燥器存储容量造成的延迟，安装了平衡管线，允许少量干燥压缩空气回流到止回阀，以保持干燥器和除雾器充满电，但这还不足以改善系统。这种控制在VSD响应时间上仍然存在不希望出现的延迟，这使得压力可以在期望的极限上下波动。

解决压缩机设定值协调问题

防止这个问题的唯一方法是将压缩机从控制器上取下，并精确地手动协调本地压缩机控制。经过一些实验，调整本地压缩机控制，使两个VSD压缩机的全部容量在定速基础压缩机启动之前被利用。同样，在卸载压缩机时，需要调整协调，以确保在卸载100马力基础压缩机之前，从系统中移除VSD的总容量。这是通过将基础压缩机的负载和卸载设置在两个vsd设定值的上方和下方来实现的。为了确保VSD设定点在基极控制带内偏移，两台VSD压缩机不会同时以最低速度运行，这是一种不希望出现的情况。由此产生的压力设置(图3)不是一个标准的安排，但它最终提供了一些很好的有效的压缩机控制，并停止了基础压缩机快速加载和卸载。

图3：非标准本地压力带设置用于改进压缩机控制，控制器关闭。

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到底是哪里出了错?

本案例研究通过使用数据记录器监控系统，说明安装后验证安装的重要性。有时，即使出于最佳意图，存在的条件和控制系统的限制也会导致系统运行效率低下。客户不知道刚购买的premium系统运行效率不高。他们不知道基本压缩机的尺寸规则。而且，他们为什么要这样做？他们的专长是生产食品，而不是压缩空气。尺寸规则是供应商应该告诉他们的。然而，当被问及这一点时，供应商不好意思地回答说，他们只是提供了客户所要求的，并且觉得这不是他们提问的地方，特别是如果这可能涉及失去销售的话。manbetx客户端12-5下载

压缩机控制器的市场文献承诺高效运行，但由于它的局限性(它是一个低端单元)，在这个独特的情况下，控制器不适合工作。事实证明，这家大型跨国供应商承认，他们没有能够完成这项工作的控制器。监控和故障排除被用来识别和纠正糟糕的系统操作。

压缩空气系统的未来改进

该工厂正计划对该系统进行进一步改造，以改善运行状况。空气干燥器入口过滤器的升级将减少压差，为压缩机提供更多的压力带，以改善压缩机控制响应，并降低所需的压缩机排放压力。此外，目前正在考虑增加储液罐容量，以减缓系统中的压力变化，再次改善压缩机控制。

控制改进后，系统运行效率大大提高了。系统的改进足以激发当地电力公司的能源效率激励，帮助支付原始设备和所需的改进费用。

有关更多信息，请访问压缩空气挑战®网站或联系Ron Marshall, Marshall压缩空气咨询公司，电话:204-806-2085，邮箱:ronm@mts.net.

阅读更多空压机系统评估的文章,请访问www.ghtac.com/system-assessments/compressor-controls。